способ доменной плавки передельного чугуна

Формула изобретения

Способ доменной плавки передельного чугуна, включающий загрузку в печь через колошник железорудной шихты, нагрев, восстановление и плавление ее, выпуск чугуна и шлака, отличающийся тем, что в качестве железорудной части шихты в печь загружают агломерат и низкоосновные титаносодержащие неофлюсованные окатыши, причем при содержании окатышей в шихте 10 20% их загружают в отстоящую от периферии печи зону на расстоянии (0,25 0,50)R, а при содержании в шихте окатышей 21 30% в зону на расстоянии от периферии печи до 0,50R, где R радиус колошника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке передельного чугуна в доменных печах.

Известен способ доменной плавки передельного чугуна, включающий загрузку агломерата, окатышей, железной руды и флюсов, их восстановительный нагрев до температуры 1200-1250^oC в шахте доменной печи продуктами сжигания кокса и природного газа в воздушном дутье, обогащенном кислородом, плавление шихты и выпуск продуктов плавки с температурой жидкого чугуна 1450-1500^oC [1]

По известному способу невозможно реализовать эффективную доменную плавку титано-магнетитового сырья, а зона загрузки окатышей на колошник не регламентирована.

Известен способ доменной плавки передельного чугуна, принятый за прототип, включающий загрузку в печь через колошник железорудной шихты, подачу через фурмы нагретого атмосферного дутья и технического азота, выпуск чугуна и шлака, при этом азот добавляют в количестве 0,3-0,7% к общему количеству атмосферного дутья на 0,1% необходимого снижения содержания кремния в чугуне [2]

При выплавке по известному способу передельного чугуна за счет снижения концентрации кислорода в дутье снижается и производительность печи. Так как зона загрузки окатышей на колошник не регламентирована, то возможно попадание их в зону высоких температур, где происходит раннее восстановление титана, интенсивное карбидообразование, а карбиды титана способствуют образованию неплавких масс на коксовой насадке вблизи фурм. Потеря в результате этого дренажной способности горна приводит к снижению производительности печи и перерасходу кокса.

Задачей изобретения является повышение производительности, снижение расхода кокса, улучшение качества чугуна.

Поставленная задача достигается тем, что в способе доменной плавки передельного чугуна, включающем загрузку в печь через колошник железорудной шихты, нагрев, восстановление и плавление ее, выпуск чугуна и шлака, согласно изобретению в качестве железорудной шихты загружают в печь агломерат и низкоосновные титаносодержащие неофлюсованные окатыши, причем при содержании окатышей в шихте 10-20% их загружают в отстоящую от периферии печи зону на расстоянии (0,25-0,50)R, а при содержании в шихте окатышей 21-30% в зону на расстоянии от периферии печи до 0,50R, где R радиус колошника.

Проверка соответствия заявляемого изобретения требованиям новизны проводилась с учетом всех опубликованных изобретений. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию изобретения "новизна".

Целесообразность ввода при загрузке шихты титаносодержащих неофлюсованных низкоосновных окатышей установлена опытным путем и доказано, что окатыши слабо разрушаются при восстановлении в верхнем горизонте доменной печи, а их размещение в низкотемпературной зоне колошника по направлению основного газового потока тормозит восстановление титана с образованием тугоплавких карбонитридов.

В неофлюсованных окатышах из титаномагнетитовых концентратов шлаковая связка, преимущественно, состоит из алюмосиликатных стекол, а соединения титана выделяются в отдельную фазу. Стеклообразная фаза восстанавливается при высоких температурах (700-800^oC). Возникающие при фазовом переходе "гематит-магнетит" напряжения релаксируются, и окатыши не разрушаются. При этом поверхность контакта титаносодержащего материала с твердым восстановителем (коксом) небольшая, а скорость реакции образования тугоплавких карбонитридов титана в шахте печи по реакции:

2C + TiO₂ TiC + CjO₂ (А)

невысокая. В результате не происходит выпадения твердых частиц в шлаке, сохраняется дренажная способность горна, а вероятность сминания фурм неплавкими массами практически исключена, что обуславливает ровный ход печи при выплавке передельного чугуна и, соответственно, экономию кокса, повышение производительности.

Высокие металлургические свойства низкоосновных титаносодержащих неофлюсованных окатышей реализованы при правильно выбранной системе загрузки в доменную печь. При содержании окатышей в шихте 10-20% их загружали в отстоящую от периферии печи зону на расстоянии (0,2-0,50)R (где R радиус колошника), где, как правило, создается рудный гребень с пониженными температурами. Это предотвращает раннее восстановление титана до карбидов. Размещение окатышей в центральной зоне, отстоящей от периферии печи на расстоянии (0,51-1,0)R, где по условиям оптимального теплообмена в доменной печи поддерживается максимальная температура, недопустимо, так как это приводит к раннему восстановлению титана с карбидообразованием по реакции (A). Подгрузка окатышами зоны на расстоянии до 0,24R также приводит к перевосстановлению титана, так как для производительной работы печи и наиболее полного использования восстановительной способности моноокиси углерода применяют развитый периферийный газовый поток с некоторым повышением температуры вблизи стенки печи.

Увеличение доли неофлюсованных окатышей до 21-30% в шихте не дает возможности разместить всю их массу в узкой зоне, отстоящей от периферии печи на расстоянии 0,25-0,50R. Загрузка их в центральную часть колошника, где по условиям теплообмена поддерживается максимальная температура печи, не допускается из-за раннего восстановления карбидов титана. В то же время размещение дополнительного объема окатышей в зоне, отстоящей от периферии печи до 0,50R, где температура газов и материала несколько выше, чем в области рудного гребня, но значительно ниже, чем в центре, позволяет сдерживать восстановление титана в шахте доменной печи.

Содержание неофлюсованных титаносодержащих окатышей в шихте в пределах 10-30% определено экспериментально. Загрузка низкоосновных титаносодержащих неофлюсованных окатышей при их содержании в шихте менее 10% только усложняет состав шихты, приводит к колебаниям состава шлака и снижению стабильности доменной плавки с соответствующим ухудшением технико-экономических показателей: увеличению расхода кокса, уменьшению производительности (табл. 5). При доле окатышей в шихте более 30% выплавка передельного чугуна, содержащего 0,6-0,8Si невозможна без роста массовой доли титана в чугуне (Ti>0,30%), интенсивного карбидообразования. В результате этого повышается вязкость шлаков, что нарушает ход печи и затрудняет выпуск продуктов плавки.

Предлагаемый способ доменной плавки, характеризуемый совокупностью операций и выбранными пределами параметров, отличается от прототипа; разработан на изобретательском уровне, так как совокупность заявляемых признаков не выявлена в других технических решениях при изучении данной области техники.

Пример. Предлагаемый способ доменной плавки передльного чугуна осуществлен на доменной печи N 3 объемом 3000 м³ акционерного общества "Западно-Сибирский металлургический комбинат" и заключался в загрузке через колошник низкоосновных неофлюсованных титаносодержащих окатышей в количестве 15 мас. в шихте в отстоящую от периферии печи зону на расстоянии (0,25-0,50)R, а в количестве 25 мас. в зону до 0,50R, где R радиус колошника. В качестве других рудных компанентов использовали безтитанистый агломерат основностью CaO/SiO₂=1 и руду. Составы рудных компонентов шихты приведены в таблице 1. Загрузку титаносодержащих неофлюсованных низкоосновных окатышей осуществляли по системе n РРКК/mККРР В цикле 5 подач при соотношении n/m 1,25 с преимущественным расположением окатышей в зоне колошника, отстоящей от периферии печи на расстоянии 0,25-0,50R. С увеличением доли окатышей в шихте до 21-30% увеличивали и соотношение n/m до 3,0-5,0 и располагали титаносодержащие окатыши в зоне до 0,5R вблизи периферии печи. Подбор нужного соотношения n/m осуществляли отбором проб материала с поверхности засыпи и химическим анализом на содержание в шихте двуокиси титана. Нагрев и восстановление шихты осуществляли в токе колошниковых газов, содержащих 17-18% CO₂, 20-22% CO и 5-7% H₂ при температурах 600-1200^oC в течение 1,5-2,0 ч. При этом трехокись железа восстанавливалась до моноокиси железа и частично до металла, а двуокись титана без восстановления ассимилировалась шлаком. Расход природного газа поддерживали на уровне 70-80 м³/т, а кислород в дутье 23-25% Неофлюсованные окатыше в ходе нагрева не разрушались вследствие пластичности их шлаковых связок, а восстановление железа осуществлялось, преимущественно, косвенным путем (через газовую фазу). Плавление восстановленной шихты осуществляли в интервале температур 1210-1400^oC в течение 1,0-1,5 ч, а температуру продуктов плавки регулировали расходом кокса. При этом происходило довосстановление моноокиси железа до металла и формирование жидкого шлака, основность которого составляла (CaO + MgO)/SiO₂ 1,15-1,35. Диоксид титана за счет контакта с коксом восстанавливался до монооксида титана и частично до карбида титана, который диспергировался в шлаке. Для получения чугуна с температурой 1450-1500^oC и содержания в нем серы не более 0,025-0,030% жидкие чугун и шлак выдерживали в контакте в течение 0,5-1,0 ч. Подавление карбидообразования при нагреве и восстановлении шихты обеспечило содержание титана в чугуне перед выпуском не более 0,22% Выпуск чугуна с температурой 1480-1520^oC и шлака осуществляли в ковши. Низкое содержание титана в чугуне способствовало тому, что при транспортировке ковшей из доменного цеха в конвертерный интенсивного выделения карбонитридов титана на поверхность расплава не происходило.

Показатели, полученные при реализации заявляемого способа доменной плавки передельного чугуна с оптимальными параметрами, приведены в таблице 2, откуда следует, что удельный расход кокса составил 455-460 кг/т чугуна, производительность печи 5600-5620 т/сут, содержание серы в чугуне 0,027 мас. при вязкости шлакам 0,50-0,65 Пас.

Промышленные испытания предлагаемого способа доменной плавки передельного чугуна с заявляемыми и заграничными значениями параметров, а именно: влияние зон загрузки на колошник неофлюсованных неосновных титаносодержащих окатышей и доли их содержания в шихте (см. табл. 3-5) доказали, что технико-экономические показатели плавок ухудшались при содержании окатышей в шихте менее 10% и более 30% и при загрузке их в центральную зону колошника.

Предлагаемый способ доменной плавки передельного чугуна промышленно применим при производстве чугуна в доменных печах объемом 3000 м³ и позволяет расширить рудную базу металлургических предприятий с вовлечением в переработку продуктов обогащения титаномагнетитовых руд, снизить себестоимость чугуна за счет экономии кокса в количестве 20-30 кг/т чугуна, повысить производительность на 1,5-2% при одновременном улучшении качества чугуна по содержанию серы за счет оптимизации шлакового режима.